ASPETTI MECCANICI DELLA CONTRAZIONE MUSCOLARE
FGE aa.2015-16
ARGOMENTI
INNERVAZIONE DEL MUSCOLO SCHELETRICO
PLACCA NEURO MUSCOLARE
UNITÀ NEURO MOTORIE
TIPI DI CONTRAZIONE
SCOSSE SEMPLICI
RELAZIONI TENSIONE-LUNGHEZZA E VELOCITÀ-FORZA
TETANO MUSCOLARE E FATICA
TIPI DI FIBRE MUSCOLARI
CENTRI MOTORI DEI MUSCOLI
MODULAZIONE DELLA FORZA MUSCOLARE
ELETTROMIOGRAFIA2
INNERVAZIONE DEL MUSCOLO
STRUTTURA
UNA GIUNZIONE PER OGNI FIBRA MUSCOLARE
TERMINAZIONE PRESINAPTICA RAMIFICATA IN BOTTONI
ACETILCOLINA COME MEDIATORE
SPAZIO SINAPTICO DA 50-100 NM
MEMBRANA POST-SINAPTICA PIEGHETTATA CON UNA SUPERFICIE DI 2000 ΜM2
RECETTORI NICOTINICI PER L’ACETILCOLINA
Aspetti meccanici della contrazione muscolare
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FUNZIONAMENTO DELLA PLACCA NEUROMUSCOLARE
MECCANISMODEPOLARIZZAZIONE DELLA TERMINAZIONELIBERAZIONE DI ACETILCOLINALEGAME CON IL RECETTORE DELLA MEMBRANA POST-SINAPTICA (POI INATTIVAZIONE)APERTURA DEI CANALI POSTSINAPTICIFORTE CORRENTE DI NA+ VERSO L’INTERNOPOTENZIALE DI PLACCACORRENTI LOCALI VERSO REGIONI PERISINAPTICHEINSORGENZA DEL POTENZIALE D’AZIONE
CARATTERISTICHESEMPRE ECCITATORIAMANCANZA DI SOMMAZIONESICUREZZA DELLA TRASMISSIONE
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Potenziale
di placca
Potenziale
d’azione
UNITÀ NEUROMOTORIA
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Una unità neuromotoriaè formata da unmotoneurone e da tuttele fibre muscolariinnervate dalle sueterminazioni
Corna anteriori del midollo spinale
Motoneurone
Fibre muscolari
Le unità motorie differiscono in dimensioni (poche o molte fibre innervate da un motoneurone) e in tipo di fibre (veloci , lente, intermedie)
TIPI DI CONTRAZIONE
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Isometrica
Isotonica
Isocinetica
Concentrica
Eccentrica
Lunghezza costanteMassima forza
Lunghezza variabileForza costante
AccorciamentoForza attiva
AllungamentoForza resistiva
Velocità costanteCarico variabile
MODELLO MECCANICOMUSCOLARE
• EC: ELEMENTI CONTRATTILI
• K1: ELEMENTI ELASTICI IN SERIE
• K2: ELEMENTI ELASTICI IN
PARALLELO
• B1: ELEMENTI VISCOSI IN
PARALLELO
• FC: FORZA SVILUPPATA DAGLI EC
• FT: FORZA MISURATA AL CAPO DEL
TENDINE7
I DETERMINANTI DELLE PRESTAZIONIMECCANICHE DEL MUSCOLO
FORZA (N)
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1. Caratteristiche delle fibre muscolari2. Caratteristiche delle unità motorie3. Caratteristichedell’unità muscolotendinea
Velocità (m/s)
1. Velocità con la qualeavviene l’interazione tra actina e miosina• Carico applicato• Attività ATPasica• Massima forza
isometrica sviluppata
Potenza (W) =Forza x Velocità
SCOSSA MUSCOLARE SEMPLICE ISOMETRICA
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Miografo isometrico
RELAZIONE TENSIONE - LUNGHEZZA
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Massima tensione
isometrica (attiva)
Tensione elastica passiva
Tensione totale ( attiva + passiva)
Tensione è sinonimo di forza
SPIEGAZIONE DELLA CURVA TENSIONE-LUNGHEZZA
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1. Nessuna sovraposizione
2-3. Sovraposizione ottimale
4-6. Doppia sovraposizione
miosina actina
TITINA ENORME PROTEINA ELASTICA:
STABILIZZA LA POSIZIONE DEI FILAMENTI CONTRATTILI
CONSENTE IL RITORNO DEL MUSCOLO ALLA LUNGHEZZA INIZIALE DOPO LO STIRAMENTO
NEBULINA È ANELASTICA:
FAVORISCE L’ALLINEAMENTO DELL’ACTINA NEL SARCOMERO
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DETERMINATI DELLAFORZA MUSCOLARE ISOMETRICA
(SINGOLA FIBRA MUSCOLARE)
• LA FORZA ISOMETRICA DIPENDE DAL NUMERO
DI PONTI TRA ACTINA E MIOSINA.
A SUA VOLTA, IL NUMERO DI PONTI DIPENDE DA:
• DIAMETRO DELLA FIBRA
• (INFLUENZA IL NUMERO DI MIOFIBRILLE E QUINDI
IL NUMERO DI SARCOMERI IN PARALLELO)
• LUNGHEZZA DEI SARCOMERI
• QUANTITÀ DI CALCIO CHE SI LEGA ALLA
TROPONINA
• TIPO DI MIOSINA 13
ELEMENTI IN SERIE ED ELEMENTI INPARALLELO
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QUANTITÀ DI CALCIO CHE SI LEGA ALLATROPONINA
• DIPENDE DALLA QUANTITÀ DI CALCIO LIBERATA DAL
RETICOLO SARCOPLASMATICO
• CONCENTRAZIONE DI CALCIO LIBERO RAGGIUNTA
NEL CITOPLASMA
• DALL’AFFINITÀ DELLA TROPONINA C PER IL CALCIO
• DAL TEMPO DURANTE IL QUALE LA CONCENTRAZIONE
DI CALCI NEL CITOPLASMA RESTA ALTA PRIMA CHE
IL CALCIO VENGA RICATTURATO DAL RETICOLO
SARCOPLASMATICO
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SCOSSA MUSCOLARE SEMPLICE ISOTONICA
Aspetti meccanici della contrazione muscolare
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Miografo isotonico
• DIPENDE DALLA VELOCITÀ DEL CICLO DI INTERAZIONE
TRA ACTINA E MIOSINA.
• ESSA DIPENDE DA:
• – NUMERO DI SARCOMERI IN SERIE
• – CARICO APPLICATO (CURVA F - V)
• – ATTIVITÀ ATPASICA DELLA MIOSINA (TIPI DI
MIOSINA)
• – MASSIMA FORZA ISOMETRICA SVILUPPATA
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DETERMINATI DELLAVELOCITÀ DI ACCORCIAMENTO
(SINGOLA FIBRA MUSCOLARE)
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ELEMENTI IN SERIE ED ELEMENTI INPARALLELO
Singolo filamento di
Miosina
ISOFORME DELLE CATENE PESANTI(MHC)
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ISOFORME DELLA MIOSINA E MASSIMA FORZA ISOMETRICA
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CURVA VELOCITÀ - CARICO
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Carico minimo velocità massima
Carico massimo velocità
zero(contrazione isometrica)
Potenza(forza x velocità)
SCOSSE ISOTONICHE A CARICO CRESCENTE
Aspetti meccanici della contrazione muscolare
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EFFETTO DEL CARICO SULLA VELOCITÀ DI ACCORCIAMENTO
UNITÀ MOTORIE CON VELOCITÀ E POTENZE DIFFERENTI
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1
2
3
2 Fibre intermedie
3 Fibre lente
1 Fibre veloci
ATTIVITÀ ATP-ASICA DELLA MIOSINA
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MASSIMA FORZA ISOMETRICASVILUPPATA
Aspetti meccanici della contrazione muscolare
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CONSEGUENZE IN VIVO
• LA FORZA FT È
UGUALE FC SOLO
QUANDO K1 È
COMPLETAMENTE
STIRATA E LA
VELOCITÀ DI
STIRAMENTO
DX/DT È UGUALE
A ZERO
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CONTRAZIONE ECCENTRICA E CONDIZIONE IN VIVO
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TETANO MUSCOLARE
Aspetti meccanici della contrazione muscolare
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FATICA MUSCOLARE
Aspetti meccanici della contrazione muscolare
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Frequenza non affaticante
Frequenza affaticante ma non tetanizzante
Frequenza affaticante e tetanizzante
CLASSIFICAZIONE DELLE UNITÀ MOTORIE: TERMINOLOGIA
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Criterio I IIa IIb
Biochimica
SO
(slow oxidative)
FOG
(fast oxidative glycolytic)
FG
(fast glycolytic)
FisiologiaS
(slow)
FR
(fast resistant)
FF
(fast fatigable)
FisiologiaST
(slow twitch)
FT
(fast twitch)
FT
(fast twitch)
CARATTERISTICHE FISIOLOGICHE DELLE UM
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TIPI DI FIBRE MUSCOLARI
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neurone piccolo neurone grande neurone grande
PPS ampio PPS medio PPS piccolo
assone piccoloconduzione lenta
assone grandeconduzione veloceassone grande
conduzione veloce
fibre innervate10 - 180
fibre innervate300 - 800
forza ridotta
forza elevata
forza intermedia
scarsaaffaticabilità
rapidaaffaticabilità
affaticabilitàmoderata
metabolismoossidativo
metabolismoglicolitico
metabolismoossidativoglicolitico
contrazione rapidacontrazione rapidacontrazione lenta
LE UM SONO DISTRIBUITE È DIVERSAMENTE NEI MUSCOLI
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• muscoli impiegati inattività motorie di tipo tonico: UM S e FR (Soleus)
• muscoli impiegati inattività fasiche: UM FF(Gastrocnemious)
MODULAZIONE DELLA FORZA: TETANIZZAZIONE
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Aumento della frequenza degli stimoli
MODULAZIONE DELLA FORZA: RECLUTAMENTO DI UNITÀ MOTORIE
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Sommazione spazialePrincipio delle dimensioni
CONTROLLO DELLA FORZA MUSCOLARE
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Reclutamento di
UM e principio
della dimensione
• Attività elettrica di
5 montoneuroni
• A e B: risposte dei
motoneuroni a
diversi
gradi di stiramento
muscolare
MODULAZIONE DELLA
FREQUENZA DI SCARICA
DELLE UM ATTIVE
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MODULAZIONE DELLA FORZA: SCHEMA SINTETICO
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TIPI DI FIBRE: BIOPSIA MUSCOLARE
Aspetti meccanici della contrazione muscolare
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Attività ATPasicaa pH neutro(colora le fibre di tipo I)
NADH-deidrogenasi(colora le fibre di tipo I eIIa ma non IIb)
Attività ATPasicaa pH acido(colora le fibre di tipo II)
ELETTROMIOGRAFIA: BASI FISIOLOGICHE
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Differenza di potenziale tra due elettrodi A e B posti sulla superfice di una fibra durante la conduzione del potenziale d’azione
ELETTROMIOGRAFIA: POTENZIALI D’AZIONE DI UNITÀ MOTORIA
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Disposizione geometrica
degli elettrodi e delle fibre attive
Funzioni di filtro dei tessuti e degli
elettrodi
Sovrapposizione dei potenziali
d’azione Potenziale risultante
ELETTROMIOGRAFIA DI SUPERFICIE
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zona diinnervazione
elettrodi
ELETTROMIOGRAFIA UNITARIA
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Tipi di aghi elettrodi
concentricosemplice bipolare
Tracciati
muscolo
ago elettrodo
FINE
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